JPH0379865A - ピストンリングとシリンダの組合せ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐摩耗性に優れた複合めっき層を摺動面に有す
る内燃機関用ピストンリングとＡｌ−Ｓ　ｉ合金製シリ
ンダの組合せ技術に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕近年、
内燃機関の軽量化に伴い、過共晶Ａｊ２−　Ｓ　ｉ合金
、あるいは亜共晶Ａｊ２−　Ｓ　ｉ合金製シリンダが一
部で実用化されている。この＾１−３ｉ合金製シリンダ
は良好な耐摩耗性を示すものの、鋳鉄製シリンダにくら
べてやや劣る。従来、この種のシリンダに組合せて使用
するピストンリングとしては、炭化珪素を分散させたニ
ッケル複合めっき、あるいは炭化珪素を分散させた鉄複
合めっきを摺動面に施したものが提案されている。この
炭化珪素などの硬質粒子を分散させることによって、硬
質粒子による第一摺動面と、基地部による第二摺動面と
の間の保油作用により、耐摩耗性が改善される。

しかし、炭化珪素を分散させたニッケルあるいは鉄複合
めっきは、分散材の炭化珪素粒子が硬質で、結晶の端部
が鋭利なため、相手シリンダ材を摩耗させやすい。また
、複合めっき層の基地がニッケルあるいは鉄だけでは硬
度が不足しているため、逆に、シリンダ材の初晶シリコ
ンにより摩耗を受は易い。

また、一般にピストンリングの表面処理に多く使用され
ている硬質クロムめっきは、潤滑油に対する濡れ性が悪
いため保油効果が少なく、焼き付きが起きやすい。この
ように、従来のめっきを施したピストンリングとＡｊ２
−Ｓｉ合金製シリンダの組合せでは、特に加鉛ガソリン
を使用したり、過酷な運転条件では、ピストンリングあ
るいはシリンダが異常摩耗を起こすことがあった。

従って、本発明の目的は、Ａｊ２−３ｉ合金製シリンダ
を相手材とした場合の従来の硬質クロムめっきや複合め
っきの有する欠点を解消し、耐摩耗性に優れたピストン
リングとシリンダの組合せを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、ニッケル
基合金の基地中に、酸化クロムが分散した複合めっきを
施したピストンリングを用いることによってＡｊ？−３
ｉ合金製シリンダとともに耐摩耗性を向上させることが
できることを発見し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は上記目的を達成するため、第１の発
明として、燐が０．２〜１０重量％、残りが実質的にニ
ッケルからなるニッケル−燐合金の基地中に、平均粒径
０．５〜１０μｍの酸化クロムが容積比で５〜３０％の
範囲で分散している複合めっき層を摺動面に有するピス
トンリングと、過共晶Ａｌ−３ｉ合金製シリンダとの組
合せを提供する。

また第２の発明として、燐が０．２〜１０重量％、コバ
ルトが１０〜４０重量％、残りが実質的にニッケルから
なるニッケル−コバルト−燐合金の基地中に、平均粒径
０．５〜１・０μｍの酸化クロムが容積比で５〜３０％
の範囲で分散している複合めっき層を摺動面に有するピ
ストンリングと、過共晶Ａｊ２−３ｉ合金製シリンダと
の組合せを提供する。

本発明を以下に詳細に説明する。

複合めっきの合金基地中に含まれる燐は、熱硬化処理を
行なうと硬度が高くなって耐摩耗性向上に優れた効果を
示し、また基地の耐蝕性改善にも効果がある。燐の量が
０．２％未満では熱硬化処理をおこなっても硬度が高く
ならず耐摩耗性向上の効果は少ない。また１０％を超え
ると硬度は増すがめつき皮膜はかえって脆くなり、衝撃
強度が弱くなり、ピストンリング母材との密着性も悪く
なる。

したがって燐の量は０，２〜１０重量％とする。

合金基地中に分散する酸化クロム粒子は、燐とともに皮
膜の耐摩耗性改善に優れた効果を示す。

そして、炭化珪素粒子にくらべて結晶が鋭利でないため
、相手シリンダ材を摩耗させにくい。さらに、酸化クロ
ム粒子は、セラミックの中でも金属との濡れ性が悪く金
属と溶融状態になりにくいため、炭化珪素粒子などに比
べて耐スカツフ性も良くなる６ 酸化クロムの容量は０．５〜３０％で且つその平均粒径
は０．５〜１０μｍが良い。容量が０．５％未満或いは
粒径が０．５μｍ未満では基地表面に占める酸化クロム
の面積が少なく、耐摩耗性を向上させる効果が少ない。

また容量が３０％或いは粒径が１０μｍを超えると相手
材の摩耗を大きくすることになり、さらに皮膜の強度も
低下する。

本発明は、第２の発明として合金基地中にさらにコバル
トを添加する。コバルトは合金基地の耐熱性、耐蝕性を
改善するとともに、皮膜の圧壊疲労強度も向上させる。

合金基地中のコバルトの量は、１０重量％未満では上記
の効果が顕著に得られず、また４０重量％を超えてもそ
の効果に著しい変化はない。したがって、コバルトの量
は１０〜４０重量％とする。

〔実施例〕

本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳細に説明す
る。

実施例１ 呼び径Ｘ幅×厚さが７８ｍｍ　Ｘ　　１．５ｍｍ　Ｘ　
３．２ｍｍの鋼製第一圧力リングに、まず第一工程とし
て、摺動面に通例のニッケルストライクめっき方法で、
厚さ１０μｍのニッケルめっきを形成した。次に第二工
程として、リングの摺動面に第１表に示す浴成分および
下記のめっき条件で、酸化クロムが分散した厚さ　１２
０μｍのニッケル−燐複合めっきを形成した。

複合めっき層中の燐の量は重量比で５％、酸化クロムの
量は容積比で２５％であった。

（めっき条件） 液温　　　　　５０〜５３℃ ｐＨ３，５ 電流密度　　　８へ／ｄｍ２ めっき時間　　　時間 第三工程として、ピストンリングを４００℃で１時間加
熱して熱硬化処理を行ない、基地を硬化させた。この処
理によってマイクロビッカース硬度は８００〜９００と
なった。

実施例２ 実施例１と同様に、呼び径×幅×厚さが７８ｍｍｘ１．
５ｍｍＸ　　３．２叩の鋼製第一圧力リングに、ニッケ
ルストライクめっきを形成したのち、第二工程として、
リングの摺動面に第１表に示す浴成分および実施例１と
同じめっき条件で、酸化クロムが分散した厚さ　１１０
μｍのニッケル−コバルト−燐複合めっきを形成した。

複合めっき層中の燐の量は重量比で５％、コバルトの量
は重量比で３５％、酸化クロムの量は容積比で１５％で
あった。

第三工程として、ピストンリングを４００℃で１時間加
熱して、基地を硬化させた。この処理によってマイクロ
ビッカース硬度は８００〜９００となった。

第１表 （実機試験） 実施例１、および実施例２で得られたピストンリングを
シリンダボア径７８１１１１１１４サイクルの水冷４気
筒エンジンに取り付けて、高鉛ガソリンを燃料として６
８００ｒｐｍ　１全負荷、１００時間のベンチテストを
行い、ピストンリングの外周摺動面及びＡＡ−Ｓｉ合金
製シリンダ（Ａ３９０合金製）内周面の摩耗量を測定し
た。

比較のため硬質クロムめっき、炭化珪素を分散させたニ
ッケル複合めっき、および炭化珪素を分散させた鉄複合
めっきを施したピストンリングについてもそれぞれ同様
に試験を行なった。

試験結果を第２図に示す。

〔発明の効果〕

試験結果において、実施例１、および実施例２のピスト
ンリングとＡＩ　−Ｓｉ合金製シリンダとの組合せは、
従来の硬質クロムめっきとの組合せに比べて、ピストン
リングの摩耗量は約１／１０、シリンダの摩耗量は約１
７５に減っている。また、従来の分散めっきを施した比
較ピストンリングとの組合せと比較しても耐摩耗性にす
ぐれていることがわかる。

以上のことから、本発明によるピストンリングとシリン
ダの組合せは、特に高鉛ガソリンを燃料とするエンジン
などに用いた場合、耐摩耗性に優れていることが理解で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実機試験に於けるピストンリングおよびシリ
ンダの摩耗量を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燐が０．２〜１０重量％、残りが実質的にニッケ
   ルからなるニッケル−燐合金の基地中に、平均粒径０．
   ５〜１０μｍの酸化クロムが容積比で５〜３０％の範囲
   で分散している複合めっき層を摺動面に有するピストン
   リングと、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金製シリンダとの組合せ
   。
2. （２）燐が０．２〜１０重量％、コバルトが１０〜４０
   重量％、残りが実質的にニッケルからなるニッケル−コ
   バルト−燐合金の基地中に、平均粒径０．５〜１０μｍ
   の酸化クロムが容積比で５〜３０％の範囲で分散してい
   る複合めっき層を摺動面に有するピストンリングと、過
   共晶Ａｌ−Ｓｉ合金製シリンダとの組合せ。